Les panneaux solaires, également appelés modules photovoltaïques (PV), transforment le rayonnement du soleil en électricité. Leur fabrication repose sur un processus délicat, mais les avancées technologiques dans les domaines des semi-conducteurs et de la conception photovoltaïque ont rendu la production plus efficace et plus abordable.
Un panneau de base se compose d'un ensemble de cellules en silicium qui génèrent de l'électricité à partir de la lumière du soleil. Lorsque les particules de lumière frappent une cellule de silicium dotée d'un champ électrique, un courant électrique est produit. Une seule cellule génère 0,5 volt : trente-six cellules soudées ensemble forment ainsi un panneau de 12 volts.
Le silicium cristallin
Selon le site de Siemens Solar, environ 90 % des cellules solaires sont fabriquées à partir de silicium cristallin (c-Si). Ce matériau produit des cellules robustes offrant un bon rendement, compris entre 15 % et 17 %, soit les deux tiers du maximum théorique actuel. On distingue deux types de cellules c-Si : monocristallines et multicristallines.
Le procédé monocrystallin consiste à découper du silicium cristallin de haute pureté en fines tranches circulaires, atteignant jusqu'à 150 millimètres de diamètre et 200 microns d'épaisseur. Ce processus inclut la réparation des plaquettes endommagées lors de la découpe, puis les disques reçoivent un fin polissage. Des dopants, comme le phosphore ou l'arsenic, sont ensuite appliqués afin de modifier la charge électrique des semi-conducteurs et des cellules photovoltaïques. Enfin, une couche de conducteurs métalliques est déposée sur la surface des disques.
Les cellules multicristallines sont obtenues en sciant un bloc de silicium fondu en barres, puis en découpant ces barres en plaques. Le processus de solidification engendre des anomalies dans le matériau, ce qui réduit légèrement le rendement. Toutefois, leur fabrication reste nettement plus économique.
La protection des cellules
Les fabricants disposent plusieurs cellules sur une structure en grille et les soudent entre elles. Une fine couche de verre à haute transmission est fixée au-dessus des cellules pour offrir une protection résistante aux intempéries. Le panneau support est ensuite fixé à un substrat grâce à un adhésif thermiquement conducteur. Cette propriété thermique évite la surchauffe du module causée par l'excès d'énergie non convertie en électricité.
Les panneaux à couches minces
Environ 10 % des matériaux utilisés pour fabriquer les panneaux solaires sont constitués de silicium amorphe (a-Si) ou de matériaux polycristallins tels que le tellurure de cadmium ou le diséléniure de cuivre et d'indium. Le procédé a-Si, le plus répandu, repose sur une technique « roll-to-roll » qui applique des alliages de silicium, en une succession de couches, sur un substrat en acier inoxydable ou en verre revêtu. Chaque cellule comporte une couche d'oxyde conducteur transparent constituant le contact électrique avant, tandis que la couche arrière assure le contact postérieur. Un couvercle laminé rend les panneaux à couches minces résistants aux intempéries.
Ces cellules affichent un rendement inférieur à celui du silicium cristallin, mais elles présentent l'avantage d'être moins volumineuses et de nécessiter des matériaux de production moins coûteux.
La performance des panneaux
Le site Energy Savers du département américain de l'Énergie recense trois méthodes pour mesurer la performance des panneaux solaires : le watt-crête, la température normale de fonctionnement des cellules (NOCT) et la norme AMPM.
Le watt-crête calcule la puissance maximale dans des conditions contrôlées en laboratoire. La NOCT mesure la température de fonctionnement des panneaux lorsque le premier module atteint une température ambiante spécifiée ; cette évaluation est généralement plus précise que le watt-crête. Quant à la norme AMPM, elle évalue la performance du panneau dans un environnement réel sur une journée entière, en prenant en compte la température ambiante, les niveaux de luminosité et la masse d'air.
Source : https://jardin.98905.com/building-remodeling/energy-efficient-homes/1007119162.html